JP7291627B2 - Power supply system control method and power supply system control device - Google Patents
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Description
この発明は、バッテリの温度に応じてバッテリを放電する電源システム及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a power supply system that discharges a battery according to battery temperature, and a control method thereof.
JP2012-214142Aには、2つのバッテリを備える車両の低温時にバッテリの内部抵抗により発生する熱を用いて自身の温度が上昇するようバッテリ間で充放電を繰り返し行う技術が開示されている。 JP2012-214142A discloses a technique of repeatedly charging and discharging between the batteries so that the temperature of the vehicle increases by using the heat generated by the internal resistance of the batteries when the temperature of the vehicle is low.
上述のように2つのバッテリを備えた電源システムでは効率よくバッテリの暖機が行われるものの、一方のバッテリを燃料電池に置き換えた電源システムでは互いに充放電を行うことは困難であるという問題があった。 As described above, a power supply system having two batteries efficiently warms up the batteries, but a power supply system in which one battery is replaced with a fuel cell has the problem that it is difficult to charge and discharge each other. rice field.
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、その目的は、効率よくバッテリの出力特性を改善する電源システム及びその制御方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems, and its object is to provide a power supply system and a control method thereof that efficiently improve the output characteristics of a battery.
本発明のある態様によれば、電源システムは、放電によって発熱するバッテリと、電動式の補機の運転により固体酸化物型燃料電池を発電させる燃料電池システムとを備え、負荷に電力を供給する。この電源システムの制御方法は、バッテリの充電量が所定の閾値以下である場合に燃料電池システムの起動条件が成立したと判定して、補機に対してバッテリを放電することで、燃料電池システムを起動する起動ステップと、バッテリが所定温度以下である場合には、補機に対するバッテリの放電開始を早めるように燃料電池システムの起動条件を変更する条件変更ステップと、を含む。起動ステップは、固体酸化物型燃料電池の発電を行なわずに固体酸化物型燃料電池の暖機を行なう暖機ステップをさらに含む。 According to one aspect of the present invention, the power supply system includes a battery that generates heat by discharging, and a fuel cell system that causes the solid oxide fuel cell to generate power through the operation of electric auxiliary equipment, and supplies power to a load. . This control method of the power supply system determines that the starting condition of the fuel cell system is satisfied when the charge amount of the battery is equal to or less than a predetermined threshold value, and discharges the battery to the auxiliary equipment, thereby controlling the fuel cell system. and, if the temperature of the battery is below a predetermined temperature, a condition changing step of changing the starting condition of the fuel cell system so as to hasten the start of discharge of the battery to the auxiliary equipment . The start-up step further includes a warm-up step of warming up the solid oxide fuel cell without power generation of the solid oxide fuel cell.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態における電源システム100の構成の一例を示す構成図である。(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of configuration of a
電源システム100は、例えば、車両や飛行機、船舶などの移動体に搭載された負荷装置90に電力を供給する電力供給装置である。
The
本実施形態における電源システム100は、ハイブリッド車を含む電気自動車や電車などの車両に搭載される。車両には、ドライバによるアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ911と、ドライバによるブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサ912と、車両の速度を検出する車速センサ913とが設けられている。
A
負荷装置90は、電源システム100から電力を取り出して作動する作動装置である。本実施形態の負荷装置90は、車両を駆動する電動モータ92と、電源システム100の出力電力を交流電力に変換して電動モータ92に供給するインバータ91とを備える。
The
電源システム100は、バッテリ10と、燃料電池システム20と、コントローラ30とを備える。電源システム100は、バッテリ10及び燃料電池システム20のうち少なくとも一方の電源から負荷装置90に電力を供給するハイブリッド電源システムである。
A
本実施形態の電源システム100には、ドライバが燃料電池システム20の起動及び停止のうちいずれか一方を選択するFC操作ボタン200と、コントローラ30に配置されて外気温を検出する外気温センサ101とが設けられている。
The
バッテリ10は、主に負荷装置90に電力を供給する電源である。バッテリ10は、燃料電池システム20及び負荷装置90の両者に接続される。バッテリ10は、リチウムイオンバッテリや鉛バッテリなどにより実現される。例えば、バッテリ10は、数百ボルト(V)の直流電力を出力する。バッテリ10には、温度センサ11、電流センサ12及び電圧センサ13が設けられている。
温度センサ11は、バッテリ10の温度を検出する。そして温度センサ11は、検出した値をコントローラ30に出力する。
電流センサ12は、バッテリ10の出力電流を検出する。そして電流センサ12は、検出した値をコントローラ30に出力する。
電圧センサ13は、バッテリ10の出力電圧を検出する。そして電圧センサ13は、検出した値をコントローラ30に出力する。
燃料電池システム20は、バッテリ10及び負荷装置90の双方に接続される。燃料電池システム20は、燃料電池21が発電するように作動する。燃料電池システム20は、燃料電池21と、FCコンバータ22と、FC補機23と、補機コンバータ24と、補助バッテリ25とを備える。
燃料電池21は、FCコンバータ22に接続される。燃料電池21は、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する。燃料電池21は、固体酸化型燃料電池や固体高分子型燃料電池などにより実現される。本実施形態の燃料電池21は固体酸化型燃料電池により構成される。
A
燃料電池21は、バッテリ10及びインバータ91のうち少なくとも一方の負荷に電力を供給可能な電源である。燃料電池21は、複数のセルにより積層されており、バッテリ10の出力電圧に対して異なる大きさの電圧を出力する。
The
例えば、燃料電池21は、バッテリ10の出力電圧値よりも低い数十Vの直流電圧を出力する。このような構成では、バッテリ10の出力電力を補助するための補助電源として燃料電池21が用いられる。このような電源システムは、バッテリ10の出力範囲を拡張するような機能を有するのでレンジエクステンダと称される。燃料電池21にはFC温度センサ211が設けられ、燃料電池システム20には燃料残量センサ212が備えられている。
For example, the
FC温度センサ211は、燃料電池21の温度を検出する。FC温度センサ211は、例えば、燃料電池21の自己の温度、燃料電池21に供給される酸化剤ガスの温度、又は燃料電池21から排出された酸化剤ガスの温度を検出する。そしてFC温度センサ211は、検出した値をコントローラ30に出力する。
燃料残量センサ212は、燃料電池21に供給される燃料の残量を検出する。そして燃料残量センサ212は、検出した値をコントローラ30に出力する。
A
FCコンバータ22は、バッテリ10と燃料電池21との間に介装される電圧変換装置である。FCコンバータ22は、燃料電池21から入力される電力の電圧値を異なる電圧値に変換して出力する。例えば、FCコンバータ22は、入力される1次側の電圧を昇圧又は降圧し、その2次側の電圧を出力するDC/DCコンバータにより実現される。
The
FC補機23は、補機コンバータ24に接続される。FC補機23は、燃料電池21の発電に必要となる付属機器である。FC補機23としては、例えば、燃料電池21を暖機するためのヒータ、燃料電池21に酸化剤ガス又は燃料ガスを供給するアクチュエータ、及び、燃料電池21に冷媒を循環させるアクチュエータなどが挙げられる。
The FC
FC補機23を構成するアクチュエータの一例としては、燃料電池21に大気からの空気を酸化剤ガスとして供給するブロア又はコンプレッサが挙げられる。
An example of an actuator that constitutes the FC
補機コンバータ24は、FCコンバータ22とバッテリ10との間に介装される電圧変換器である。補機コンバータ24は、バッテリ10及び燃料電池21のうちの少なくとも一方の出力電力をFC補機23に供給する。例えば、補機コンバータ24は、FCコンバータ22とバッテリ10との間の電圧をFC補機23の動作電圧範囲内の電圧値に変換するDC/DCコンバータにより実現される。
補助バッテリ25は、補機コンバータ24とFC補機23との間に介装される。補助バッテリ25は、FC補機23に電力を供給する。例えば、バッテリ10及び燃料電池21の両者から電力を取り出せない場合に補助バッテリ25は、FC補機23に電力を供給する。補助バッテリ25は、例えば、数十ボルトの鉛バッテリにより実現される。
コントローラ30は、所定の処理がプログラムされた中央演算処理装置(CPU;Central Processing Unit)及び記憶装置を備える1つ又は複数のマイクロコンピュータにより構成される。電源システム100の動作を制御する制御装置である。
The
コントローラ30は、温度センサ11、電流センサ12、電圧センサ13、FC温度センサ211、燃料残量センサ212、アクセルセンサ911、ブレーキセンサ912及び車速センサ913の各々から出力される検出値を取得する。コントローラ30は、取得した各検出値に応じてFCコンバータ22、補機コンバータ24及びインバータ91の各々の動作を制御する。
例えば、コントローラ30は、アクセルセンサ911の検出値を用いて電動モータ92の駆動に必要となる要求トルクを求め、その要求トルクに基づいて電源システム100に要求される要求電力を算出する。そしてコントローラ30は、算出した要求電力がバッテリ10及び燃料電池21のうち少なくとも一方から電動モータ92に供給されるようにFCコンバータ22、補機コンバータ24及びインバータ91の各々を制御する。
For example, the
また、コントローラ30は、電流センサ12及び電圧センサ13のうち少なくとも一方の検出値を用いてバッテリ10の充電量を算出し、その充電量の大きさに基づいて燃料電池システム20を起動する。
Also, the
燃料電池システム20の起動処理には、燃料電池21の温度を発電に適した運転温度まで上昇させる暖機処理と、燃料電池21が発電可能な状態になるよう燃料電池21に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給する処理とが含まれる。例えば、暖機処理におけるコントローラ30は、不図示の排気燃焼器及びヒータなどを駆動して燃料電池21に供給される酸化剤ガスを温めることにより燃料電池21を暖機する。あるいは、コントローラ30は、FCコンバータ22及び補機コンバータ24を制御して、燃料電池21からFC補機23に取り出される出力電力を増やして燃料電池21の自己発熱量を増加させる。
The start-up process of the
本実施形態のコントローラ30は、電流センサ12及び電圧センサ13の検出値に基づいてバッテリ10の電流積算や電圧積算などの一般的な算出手法から得られるSOC(State Of Charge)をバッテリ10の充電量として算出する。
The
そしてコントローラ30は、算出したバッテリ10のSOCが所定のFC起動閾値以下となった場合には、燃料電池システム20が起動するようFCコンバータ22、FC補機23及び補機コンバータ24の各々を制御する。
The
一方、バッテリSOCが所定のFC停止閾値を上回った場合には、コントローラ30は、燃料電池システム20を停止する。ここにいうFC停止閾値は、上述のFC起動閾値と同一の値に設定されてもよく、あるいは、FC起動閾値とは異なる値、例えばFC起動閾値よりも大きな値又は小さな値に設定されてもよい。
On the other hand, the
また、コントローラ30は、ドライバが乗車する際や車両の運転中にFC操作ボタン200から燃料電池システム20の起動を指示する起動操作信号を受け付けると、燃料電池システム20の起動処理を実行する。そしてコントローラ30は、バッテリ10から放電される電力がFC補機23に供給されるよう補機コンバータ24の動作を制御する。
Further, when the
図2は、バッテリ10のSOCに対する最大出力の出力特性とバッテリ10の温度との関係を例示する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the output characteristics of the maximum output with respect to the SOC of
図2に示すように、バッテリ10の温度が低下するほど、バッテリ10の出力特性が悪くなる。例えば、氷点下の温度環境で車両を起動させる際には、バッテリ10の温度が低くなるため、バッテリ10の出力特性が悪くなる。このため、バッテリ10の温度が低いときには、負荷装置90の駆動に必要となる電力をバッテリ10から取り出すことが困難になるため、バッテリ10を早期に暖機することが必要になる。
As shown in FIG. 2, as the temperature of
図3は、バッテリ10の等価回路を説明する回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of
図3に示すように、バッテリ10は、電池本体Bの他に内部抵抗Rを有する。そのため、外部装置Eに対してバッテリ10を放電する際には、内部抵抗Rに放電電流が流れるので、内部抵抗Rが発熱してバッテリ10自体が温められる。バッテリ10を充電する際についても、同様に、内部抵抗Rに充電電流が流れるため、内部抵抗Rが発熱してバッテリ10自体が温められる。
As shown in FIG. 3, the
したがって、バッテリ10の温度が、自己の定格出力を確保するのに必要となる定格出力温度を下回るような場合には、バッテリ10を放電又は充電することにより、バッテリ10の暖機を促進することが可能になる。
Therefore, when the temperature of the
図4は、燃料電池21の電流に対する電圧の出力特性と燃料電池21の温度との関係を例示する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the current-voltage output characteristics of the
図4に示すように、燃料電池21の出力特性についても、バッテリ10の出力特性と同様、燃料電池21の温度が低下するほど悪くなる。特に固体酸化型燃料電池に関しては、燃料電池21の温度を数百度の運転温度まで上昇させる暖機処理が必要となるため、燃料電池21の暖機が完了するまでに要する時間が長くなってしまう。したがって、燃料電池21の応答性を向上させるには燃料電池システム20を早期に起動するのが好ましい。
As shown in FIG. 4, the output characteristics of the
図5は、本実施形態における電源システム100の制御方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flow chart showing an example of a procedure for controlling the
ステップS10においてコントローラ30は、バッテリ10の温度Tbを特定するためのバッテリ温度情報を取得する。例えば、コントローラ30は、温度センサ11の検出値をバッテリ温度情報として取得する。
In step S<b>10 ,
あるいは、図4に示したようなバッテリ10の出力特性とバッテリ10の温度との関係を示す出力特性マップをあらかじめ記憶しておき、バッテリ10の電圧と電流との関係が分かれば、バッテリ10の温度Tbを推定することが可能になる。そのため、コントローラ30は、電流センサ12及び電圧センサ13の各々の検出値をバッテリ温度情報として取得するようにしてもよい。
Alternatively, an output characteristic map showing the relationship between the output characteristic of the
または、バッテリ10の充放電量とバッテリ10の発熱量との関係を示す発熱量マップをコントローラ30に記憶しておき、バッテリ10の起動時での外気温センサ101の検出値をバッテリ10の温度Tbとすればバッテリ10の温度を推定することが可能になる。
Alternatively, a calorific value map indicating the relationship between the charge/discharge amount of the
そのため、コントローラ30は、バッテリ10の起動開始時における外気温センサ101の検出値と、起動開始後における電流センサ12及び電圧センサ13の各検出値とをバッテリ温度情報として取得するようにしてもよい。あるいは、電流センサ12及び電圧センサ13の各々の検出値に代えて、起動後におけるバッテリ10のSOC(State Of Charge)の変化量を用いてもよい。
Therefore, the
ステップS20においてコントローラ30は、バッテリ温度情報により特定されるバッテリ10の温度Tbが暖機閾値Tt以下であるか否かを判断する。暖機閾値Ttは、例えば、バッテリ10から十分に放電電力が取り出せなくなるようなバッテリ10の温度を基準にあらかじめ定められた値である。
In step S20, the
例えば、コントローラ30に上述の出力特性マップが記憶されている場合は、コントローラ30は、バッテリ温度情報として電流センサ12及び電圧センサ13の各々の検出値を取得し、取得した各検出値を用いてバッテリ10の放電電力を算出する。そしてコントローラ30は、バッテリ10の放電電力を算出すると、出力特性マップを参照して、その放電電力に関係付けられた温度をバッテリ10の温度Tbとして算出する。算出したバッテリ10の温度Tb又はバッテリ10の温度Tbの検出値はバッテリ温度情報に格納される。
For example, when the
このように、コントローラ30は、バッテリ温度情報に基づいてバッテリ10が所定温度以下であるか否かを判断する。コントローラ30は、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Ttを上回ると判断した場合には、電源システム100の制御方法についての処理手順を終了する。
Thus, the
ステップS30においてコントローラ30は、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Tt以下であると判断された場合には、燃料電池システム20のFC補機23に対してバッテリ10を放電するように補機コンバータ24の動作を制御する。
In step S30, when the
バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Tt以下であると判断された場合において燃料電池システム20が停止しているときは、コントローラ30は、燃料電池システム20を起動するとともにバッテリ10をFC補機23に放電する。一方、燃料電池システム20が既に起動しているときは、燃料電池21からFC補機23に電力が供給されていることがある。このような場合には、コントローラ30は、FC補機23への供給電力を燃料電池21の出力電力からバッテリ10の出力電力に切り替えるようFCコンバータ22及び補機コンバータ24の動作を制御する。
When it is determined that the temperature Tb of the
ステップS30の処理が終了すると、電源システム100の制御方法についての一連の処理手順が終了する。
When the process of step S30 ends, a series of processing procedures for the control method of the
このように、コントローラ30は、バッテリ温度情報が所定値の暖機閾値Tt以下である場合には、燃料電池システム20に備えられたFC補機23に対してバッテリ10を放電する。
In this manner, the
図6は、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Ttよりも低い場合におけるバッテリ10及び燃料電池システム20の制御手法の一例を示すタイムチャートである。
FIG. 6 is a time chart showing an example of a method of controlling the
ここでは横軸が時間を示し、縦軸がバッテリ10の充電電力及び放電電力を示す。バッテリ10の充電電力又は放電電力が大きくなるほど、バッテリ10の自己発熱量は大きくなり、バッテリ10の暖機が促進される。
Here, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates charging power and discharging power of
INV電力は、バッテリ10からインバータ91に供給される電力を表わし、FC補機電力は、バッテリ10からFC補機23に放電される電力を表わし、バッテリ入出電力は、バッテリ10におけるトータルの充電電力及び放電電力の変化を表わす。
The INV power represents the power supplied from the
時刻t0よりも前においてコントローラ30は、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Ttよりも低いと判断し、燃料電池システム20の起動処理を実行している。そして、車両を加速するためにドライバがアクセルペダルを踏み込むことにより、コントローラ30は、バッテリ10からインバータ91を介して電動モータ92に電力を供給している。
Before time t0, the
時刻t0では、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Ttよりも低い状態である。このため、コントローラ30は、FCコンバータ22を制御してバッテリ10からインバータ91に電力を供給しつつ、補機コンバータ24を制御してFC補機23にバッテリ10を放電する。
At time t0, temperature Tb of
これにより、バッテリ10からINV電力だけでなくFC補機電力の放電が行われるので、バッテリ10の放電電流が増加し、バッテリ10の暖機が促進される。さらに、バッテリ10の放電電力が燃料電池システム20のFC補機23に供給されるので、燃料電池システム20の起動処理で消費される電力の一部がバッテリ10により補填される。
As a result, not only the INV electric power but also the FC auxiliary electric power is discharged from the
このため、電源システム100は、バッテリ10の出力特性を早期に改善することができるとともに、燃料電池システム20の起動処理を効率よく実行することができる。
Therefore, the
時刻t1では、車両を減速するためにアクセルペダルからドライバの足が離されて、電動モータ92からインバータ91を介してバッテリ10に回生電力が充電される。
At time t<b>1 , the driver's foot is removed from the accelerator pedal to decelerate the vehicle, and the
このとき、バッテリ10によるFC補機電力の放電は行われない。その理由は、バッテリ10の電力がFC補機23に放電されるように補機コンバータ24の動作を制御すると、バッテリ10の充電時期が遅くなり、バッテリ10の充電による自己発熱量が小さくなるからである。なお、FC補機23には、補助バッテリ25及び燃料電池21のうち少なくも一方から電力が供給される。
At this time, the
時刻t2では、再び車両を加速するためにドライバによりアクセルペダルが踏み込まれて、バッテリ10からINV電力に加えてFC補機電力が放電される。これにより、バッテリ10の放電電流が大きくなって自己発熱量が大きくなるので、バッテリ10の暖機が促進される。
At time t2, the driver depresses the accelerator pedal to accelerate the vehicle again, and the
このように、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Ttに達するまでの間、燃料電池システム20に対してバッテリ10を放電するので、バッテリ10の暖機を促進しつつ、効率よく燃料電池システム20を起動することができる。
In this manner, the
本発明の第1実施形態によれば、電源システム100は、放電によって発熱するバッテリ10と、燃料電池21を発電させる燃料電池システム20とを備え、負荷装置90に電力を供給する。この電源システム100の制御方法は、バッテリ10の温度が暖機閾値Tt以下であるか否か、すなわちバッテリ10が所定温度以下であるか否かを判断する温度判断ステップS20を含む。さらに電源システム100の制御方法は、バッテリ10が所定温度以下であると判断された場合には燃料電池システム20に対してバッテリを放電する放電ステップS30を含む。
According to the first embodiment of the present invention, a
バッテリ10が所定温度以下である場合には、図2及び図4に示したように、バッテリ10の出力特性だけでなく燃料電池システム20の出力特性も悪くなっているおそれがある。この対策として、燃料電池システム20に対してバッテリ10を放電することにより、バッテリ10の内部抵抗Rに放電電流が流れるため、バッテリ10の暖機を促進させることができる。また、燃料電池システム20に対してバッテリ10の放電が行われるので、停止状態の燃料電池システム20を早期に起動することが可能になり、燃料電池システム20の出力特性を早期に回復させることができる。
When the temperature of the
さらに、バッテリ10の放電電力が燃料電池システム20の起動処理に有効に利用されるので、バッテリ10から放電される電力量の分だけ燃料電池21の発電電力や補助バッテリ25の電力などの消費を削減することができる。それゆえ、燃料電池システム20で消費される燃料や電力を低減することができる。したがって、バッテリ10及び燃料電池21の双方の暖機を促進しつつ、燃料電池システム20におけるエネルギー損失の増加を抑制することができる。
Furthermore, since the discharged power of the
一般的に、電源システム100の出力特性を早期に改善する場合にはバッテリ10の電力や燃料電池21の燃料などが無駄に消費されることになる。これに対して本実施形態では、電源システム100の出力特性を早期に改善しつつ、早期改善に必要となるエネルギーの消費量を低減することができる。
In general, when the output characteristics of the
すなわち、電源システム100の出力特性の早期改善と、出力特性の早期改善とは相反する電源システム100における燃費の低下抑制との2つの効果を両立させることができる。以上のように、本実施形態によれば、効率よくバッテリ10の出力特性を改善することができる。
That is, it is possible to achieve both the early improvement of the output characteristics of the
(第2実施形態)
図7は、本発明の第2実施形態における電源システム100の制御方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。(Second embodiment)
FIG. 7 is a flow chart showing an example of a procedure for controlling the
本実施形態の制御方法に関する処理手順には、図5に示したステップS10乃至S30の各処理に加えて、ステップS21の処理及びS91乃至S95の各処理が含まれている。そのため、ここではステップS21及びS91乃至S95の各処理についてのみ詳細に説明する。 The processing procedure relating to the control method of this embodiment includes the processing of step S21 and the processing of steps S91 to S95 in addition to the processing of steps S10 to S30 shown in FIG. Therefore, only the processing of steps S21 and S91 to S95 will be described in detail here.
この例においては、燃料電池システム20の起動の有無を示すFC起動フラグが用いられている。車両の始動キーがONに操作されて電源システム100の起動が行われる際には、燃料電池システム20が停止状態であるためFC起動フラグは「0」に設定されている。
In this example, an FC activation flag is used to indicate whether or not the
ステップS91においてコントローラ30は、バッテリ10のSOCを取得する。
The
ステップS92においてコントローラ30は、バッテリ10のSOCがFC起動閾値Tsよりも大きいか否かを判断する。FC起動閾値Tsは、燃料電池システム20の起動処理中にバッテリ10の充電量が欠乏するのを回避するようあらかじめ定められる。
At step S92, the
ステップS93においてコントローラ30は、バッテリ10のSOCがFC起動閾値Tsよりも大きい場合には、燃料電池システム20を起動することが必要ではないと判断し、FC起動フラグを「0」に設定する。そしてステップS10及びS20の処理が終了した後、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Ttを上回る場合は、コントローラ30はステップS91の処理に戻る。
In step S93, when the SOC of the
ステップS21においてコントローラ30は、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Tt以下である場合には、FC起動フラグが「1」を示すか否かを判断する。すなわち、コントローラ30は、バッテリ10の暖機が必要であると判断した場合に、燃料電池システム20の起動が必要であるか否かを判断する。
In step S21, the
そしてコントローラ30は、FC起動フラグが「0」を示す場合、すなわち燃料電池システム20の起動処理の実行が必要である場合には、ステップS94の処理に進む。また、コントローラ30は、ステップS92でバッテリ10のSOCがFC起動閾値Ts以下である場合にも、ステップS94の処理に進む。
If the FC activation flag indicates "0", that is, if the
ステップS94においてコントローラ30は、FC起動フラグを「1」に設定する。
In step S94, the
ステップS95においてコントローラ30は、燃料電池システム20を起動する。本実施形態の燃料電池21は固体酸化型燃料電池であるため、燃料電池システム20を起動する際には、自己の温度を数百度、例えば700℃程度まで上昇させる暖機処理が必要になる。そのため、コントローラ30は、燃料電池システム20を起動する場合には燃料電池21を暖機する。
The
ステップS21においてコントローラ30は、FC起動フラグが「1」を示す場合には、ステップS30の処理に進み、燃料電池システム20のFC補機23に対してバッテリ10を放電する。
In step S21, when the FC activation flag indicates "1", the
このようにコントローラ30は、バッテリ10のSOCの大きさに関わらず、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Tt以下である場合には、FC補機23に対してバッテリ10を放電する。バッテリ10を放電する場合においてコントローラ30は、燃料電池システム20が停止状態であるためFC起動フラグが「0」を示す場合は、FC補機23に対してバッテリ10の放電を行えるように燃料電池システム20を起動する。
Thus, the
本発明の第2実施形態によれば、コントローラ30は、図7のステップS91乃至S95に示したように、バッテリ10に関する充電量として用いられるSOCが所定のFC起動閾値Ts以下である場合には、燃料電池システム20を起動する。そしてコントローラ30は、ステップS10及びS20に示したように、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Tt以下であると判断した場合には、バッテリ10のSOCがFC起動閾値Tsよりも大きい場合であっても、燃料電池システム20を起動する。
According to the second embodiment of the present invention, the
このようにコントローラ30は、バッテリ10が所定温度以下である場合には、燃料電池システム20の起動条件を変更する。これにより、燃料電池システム20の起動タイミングを早めることが可能になるので、燃料電池システム20の暖機を促進するとともに、燃料電池システム20の応答性を向上させることができる。
In this manner, the
また、本実施形態によれば、燃料電池21は固体酸化型燃料電池により構成され、コントローラ30は、図7のステップS95で述べたように、燃料電池システム20を起動する場合には固体酸化型燃料電池を暖機する。
Further, according to the present embodiment, the
固体酸化型燃料電池は、自己の温度を数百度まで上昇させる必要がある。そのため、固体酸化型燃料電池の暖機が完了するには特定の時間、例えば数十分を要する。このように固体酸化型燃料電池を用いることにより、燃料電池21の暖機に時間を要すため燃料電池21の応答性が悪くなってしまう。一方、固体酸化型燃料電池には自己の温度低下を抑制するための保温対策が施されていることから、燃料電池21の暖機完了後は温度が低下しにくいという特性を有する。
A solid oxide fuel cell needs to raise its own temperature to several hundred degrees. Therefore, it takes a certain amount of time, for example several tens of minutes, to complete the warm-up of the solid oxide fuel cell. By using a solid oxide fuel cell in this manner, it takes time to warm up the
このため、燃料電池21を固体酸化型燃料電池により構成することで、バッテリ10の暖機が必要となる状況ではバッテリSOCに基づく燃料電池21の発電要求に先立って燃料電池21の暖機が行われるので、燃料電池21の応答性を早期に改善することができる。さらに燃料電池21の暖機が一旦完了すると、燃料電池21の温度は下がりにくいため、燃料電池21の温度を維持するのに必要となる燃料の消費量の増加を抑制することができる。
Therefore, by configuring the
すなわち、本実施形態によれば、燃料電池21を固体酸化型燃料電池により構成することにより、燃料電池システム20の燃費が低下するのを抑制しつつ、燃料電池システム20の応答性を改善することができる。
That is, according to the present embodiment, by configuring the
(第3実施形態)
図8は、本発明の第3実施形態における電源システム100の制御方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。(Third Embodiment)
FIG. 8 is a flow chart showing an example of a procedure for controlling the
本実施形態の制御方法に関する処理手順には、図7に示した各処理に加えて、ステップS201の処理が含まれている。そのため、ここではステップS201の処理についてのみ詳細に説明する。 In addition to each process shown in FIG. 7, the process of step S201 is included in the process procedure regarding the control method of this embodiment. Therefore, only the process of step S201 will be described in detail here.
ステップS201においてコントローラ30は、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Tt以下であると判断した場合には、FC起動閾値Tsに正の値αを加算した値をFC起動閾値Tsに設定する。
In step S201, when the
すなわち、コントローラ30は、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Tt以下であると判断した場合には、FC起動閾値Tsを、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Ttよりも大きいときの所定の閾値よりも大きな特定の閾値に変更する。
That is, when the
上述の正の値αは、あらかじめ定められた値でもよく、バッテリ10の温度Tbや燃料電池21の燃料残量に応じて変更されるものであってもよい。例えば、バッテリ10の自己の温度Tbと暖機閾値Ttとの差分が大きいほど、バッテリ10の暖機に要する時間が長くなるため、バッテリ10の暖機を早期に完了させるために正の値αは大きな値に設定される。あるいは、燃料電池21の燃料残量が多いほど、燃料電池21を起動する機会は多くなりやすいので、燃料電池21の応答性を向上させるために正の値αは大きな値に設定される。
The positive value α described above may be a predetermined value, or may be changed according to the temperature Tb of the
そしてコントローラ30は、ステップS21の処理に進み、FC起動フラグが「0」を示す場合にはステップS91の処理に戻る。これにより、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Ttよりも大きい場合に比べてFC起動閾値Tsは大きな値に設定されるので、燃料電池システム20の起動を早めることができる。
Then, the
このように、本発明の第3実施形態によれば、図8のステップS201で述べたように、コントローラ30は、バッテリ10が所定温度以下であると判断した場合には、FC起動閾値Tsを正の値αだけ増加させる。
Thus, according to the third embodiment of the present invention, as described in step S201 of FIG. 8, the
すなわち、コントローラ30は、燃料電池システム20の起動条件であるFC起動閾値Tsを、バッテリ10が所定温度よりも大きいときの所定の閾値から、その所定の閾値よりも正の値αだけ大きな特定の閾値に変更する。これにより、バッテリ10の暖機が必要な場合に燃料電池システム20の起動を早めることができるので、バッテリ10及び燃料電池システム20の双方を早期に暖機することが可能になる。
That is, the
(第4実施形態)
図9は、本発明の第4実施形態における電源システム100の制御方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。(Fourth embodiment)
FIG. 9 is a flow chart showing an example of a processing procedure relating to the control method of the
本実施形態の制御方法に関する処理手順には、図7に示した各処理に加えて、ステップS202の処理が含まれている。そのため、ここではステップS202の処理についてのみ詳細に説明する。 In addition to each process shown in FIG. 7, the process of step S202 is included in the process procedure regarding the control method of this embodiment. Therefore, only the process of step S202 will be described in detail here.
ステップS202においてコントローラ30は、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Tt以下であると判断した場合には、燃料電池21に供給される燃料の残量を示す燃料残量Fが判定閾値Tfよりも多いか否かを判断する。
When the
判定閾値Tfは、例えば、燃料電池システム20の起動に必要となる燃料の消費量を基準にあらかじめ定められる。あるいは、バッテリ10の自己の温度Tbと暖機閾値Ttとの差分が大きくなるほど、燃料電池21の暖機に必要となる燃料の消費量も増える。このため、コントローラ30は、バッテリ10の温度Tbと暖機閾値Ttとの差分が大きくなるほど、判定閾値Tfを大きな値に設定するようにしてもよい。これにより、燃料電池システム20の無駄な起動処理の実行を抑制することが可能になる。
The determination threshold value Tf is determined in advance based on, for example, the amount of fuel consumed to start the
上述の燃料残量Fとしては、例えば、燃料残量センサ212の検出値が用いられる。あるいは、燃料電池21の目標電流や検出電流に基づいて算出される燃料の消費量を積算することにより、燃料残量Fを算出するようにしてもよい。燃料電池21の目標電流は、例えば、上述の負荷装置90の要求電力からバッテリ10の放電可能電力を減じた値に基づいて算出される。
As the remaining fuel amount F described above, for example, a value detected by the remaining
燃料残量Fが判定閾値Tfよりも大きい場合には、コントローラ30は、燃料電池21の発電電力を負荷装置90に供給可能であると判断し、ステップS94の処理に進み、燃料電池システム20の起動処理を実行する。
If the remaining amount of fuel F is greater than the determination threshold value Tf, the
一方、コントローラ30は、燃料残量Fが判定閾値Tf以下である場合には、燃料電池システム20を起動することなく、電源システム100の制御方法についての一連の処理手順を終了する。
On the other hand, when the remaining amount of fuel F is equal to or less than the determination threshold value Tf, the
このように、コントローラ30は、燃料残量Fが判定閾値Tf以下である場合には、燃料電池21から取り出すことのできる発電電力が少ないため、燃料電池システム20の起動を停止する。
As described above, the
本発明の第4実施形態によれば、図9のステップS202で述べたように、コントローラ30は、バッテリ10が所定温度以下であると判断した場合において燃料残量Fが判定閾値Tfを上回るときには、燃料電池システム20を起動する。
According to the fourth embodiment of the present invention, as described in step S202 of FIG. 9, when the
一般的に、燃料残量Fが多くなるほど、燃料電池21から負荷装置90に電力を供給する機会が増加する。このため、燃料残量Fが判定閾値Tfを上回るときに燃料電池システム20を起動することにより、燃料電池21から電力が取り出されることなく燃料電池システム20を停止するような事態を抑制することができる。すなわち、燃料電池システム20の無駄な起動処理の実行を低減することができる。
In general, as the remaining amount of fuel F increases, the chances of supplying power from the
本実施形態では燃料残量Fに基づいて燃料電池システム20の起動の要否を判定したが、燃料電池21の発電に関するパラメータに基づいて燃料電池システム20の起動の要否を判定するようにしてもよい。
In the present embodiment, it is determined whether or not the
例えば、コントローラ30は、燃料電池21の発電に関するパラメータとしてFC温度センサ211の検出値が暖機閾値Ttよりも小さな特定の値以下である場合には、燃料電池システム20の起動を抑制するようにしてもよい。これにより、燃料電池21の暖機に必要となる燃料の消費量が多くなり過ぎて燃料電池システム20の燃費が低下するのを抑制することができる。
For example, the
あるいは、負荷装置90の要求電力や、アクセルセンサ911の検出値、車速センサ913の検出値などのパラメータが特定の値を上回る場合、又は、ブレーキセンサ912の検出値は特定の値を下回る場合は、燃料電池21から負荷装置90に電力を供給する可能性が高い。このため、コントローラ30は、上述の燃料電池21の発電に関するパラメータが特定の値を超える場合に、燃料電池21の発電要求を受ける可能性があるため、燃料電池システム20の起動処理を実行するようにしてもよい。
Alternatively, if parameters such as the required electric power of the
このように、本実施形態によれば、燃料電池21の発電に関するパラメータに基づいて燃料電池システム20を起動する。これにより、燃料電池システム20の無駄な起動処理の実行が低減されるので、燃料電池システム20の燃費を向上させることができる。
As described above, according to this embodiment, the
なお、本実施形態では図9に示したようにステップS202の処理を追加したが、ステップS20とステップS202の間、又はステップS202とステップS21との間に、図8に示したステップS201の処理を追加してもよい。この場合にも第3実施形態及び第4実施形態の両者の作用効果を得ることができる。 In this embodiment, the process of step S202 is added as shown in FIG. 9. However, between steps S20 and S202 or between steps S202 and S21, the process of step S201 shown in FIG. may be added. Also in this case, the effects of both the third embodiment and the fourth embodiment can be obtained.
(第5実施形態)
図10は、本発明の第5実施形態における電源システム100の制御方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。(Fifth embodiment)
FIG. 10 is a flow chart showing an example of a processing procedure relating to the control method of the
本実施形態の制御方法に関する処理手順には、図7に示したステップS91及びS92の処理に代えてステップS81の処理が備えられている。そのため、ここではステップS81の処理についてのみ詳細に説明する。 The processing procedure relating to the control method of this embodiment includes the processing of step S81 in place of the processing of steps S91 and S92 shown in FIG. Therefore, only the process of step S81 will be described in detail here.
ステップS81においてコントローラ30は、FC操作ボタン200から燃料電池システム20の起動を指示する起動操作信号を受け付けたか否かを判断する。そしてコントローラ30は、起動操作信号を受け付けていない場合には、ステップS93の処理に進み、起動操作信号を受け付けた場合には、ステップS94の処理に進む。
In step S<b>81 , the
このように、本実施形態によれば、コントローラ30は、FC操作ボタン200から出力される起動操作信号の有無に基づいて、燃料電池システム20の起動の要否を判断する。そしてコントローラ30は、バッテリ10の温度Tbが暖機閾値Tt以下であると判断した場合には、起動操作信号の有無に関わらず、燃料電池システム20の起動処理を実行する。
As described above, according to this embodiment, the
これにより、第2実施形態と同様、燃料電池システム20のFC補機23に対してバッテリ10を放電することにより、バッテリ10及び燃料電池システム20の各々の暖機を早期に完了することができる。
Thus, similarly to the second embodiment, by discharging the
本実施形態では図7のステップS91及びS92に代えてステップS81の処理を備える例について説明したが、図7乃至図9のステップS92の処理後にステップS81の処理を追加してもよい。 In the present embodiment, an example in which the process of step S81 is provided instead of steps S91 and S92 of FIG. 7 has been described, but the process of step S81 may be added after the process of step S92 of FIGS.
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments merely show a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is not limited to the specific configurations of the above embodiments. do not have.
例えば、上記実施形態では燃料電池21に空気を供給するブロア又はコンプレッサをFC補機23としたが、これに限られるものではない。例えば、FC補機23は、固体酸化型燃料電池の発電に用いられるエタノールなどを供給するブロアであってもよく、燃料電池21に冷媒を供給するポンプであってもよい。このような装置であっても上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
For example, in the above embodiment, the blower or compressor that supplies air to the
なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。 Note that the above embodiments can be combined as appropriate.
Claims (4)
前記バッテリの充電量が所定の閾値以下である場合に前記燃料電池システムの起動条件が成立したと判定して、前記補機に対して前記バッテリを放電することで、前記燃料電池システムを起動する起動ステップと、
前記バッテリが所定温度以下である場合には、前記補機に対する前記バッテリの放電開始を早めるように前記燃料電池システムの前記起動条件を変更する条件変更ステップと、を含むとともに、
前記起動ステップは、前記固体酸化物型燃料電池の発電を行なわずに前記固体酸化物型燃料電池の暖機を行なう暖機ステップをさらに含む、
電源システムの制御方法。 A control method for a power supply system that supplies power to a load, comprising a battery that generates heat by discharging and a fuel cell system that generates power from a solid oxide fuel cell by operating an electric auxiliary device, the method comprising the steps of:
When the charge amount of the battery is equal to or less than a predetermined threshold value, it is determined that a condition for starting the fuel cell system is satisfied, and the battery is discharged to the auxiliary device to start the fuel cell system. a start-up step;
a condition changing step of changing the activation condition of the fuel cell system so as to hasten the start of discharge of the battery to the auxiliary device when the temperature of the battery is below a predetermined temperature, and
The starting step further includes a warm-up step of warming up the solid oxide fuel cell without generating power in the solid oxide fuel cell.
How to control the power system.
前記条件変更ステップは、前記燃料電池システムの前記起動条件を変更する処理として、前記バッテリが前記所定温度以下である場合に、前記所定の閾値を当該所定の閾値よりも大きい特定の閾値に変更する処理を含む、
電源システムの制御方法。 A control method for a power supply system according to claim 1,
The condition changing step changes the predetermined threshold to a specific threshold higher than the predetermined threshold when the temperature of the battery is equal to or lower than the predetermined temperature as a process of changing the activation condition of the fuel cell system. including processing ,
How to control the power system.
前記バッテリが前記所定温度よりも高い場合に、前記バッテリと異なる補助バッテリを用いて前記補機に電力を供給する供給ステップをさらに含む電源システムの制御方法。 A power supply system control method according to claim 1 or claim 2 ,
A control method for a power supply system, further comprising a supply step of supplying power to the auxiliary device using an auxiliary battery different from the battery when the temperature of the battery is higher than the predetermined temperature.
前記バッテリの充電量が所定の閾値以下である場合に前記燃料電池システムの起動条件が成立したと判定して、前記補機に対して前記バッテリを放電することで、前記燃料電池システムを起動する一方、
前記バッテリが所定温度以下である場合には、前記補機に対する前記バッテリの放電開始を早めるように前記燃料電池システムの前記起動条件を変更する、ようにプログラムされたコントローラ、を含むとともに、
前記コントローラは、前記固体酸化物型燃料電池の発電を行なわずに前記固体酸化物型燃料電池の暖機を行なうように、さらにプログラムされた、
電源システムの制御装置。 A control device for a power supply system that supplies electric power to a load, comprising a battery that generates heat by discharging and a fuel cell system that generates power from a solid oxide fuel cell by operating an electric auxiliary device,
When the charge amount of the battery is equal to or less than a predetermined threshold value, it is determined that a condition for starting the fuel cell system is satisfied, and the battery is discharged to the auxiliary device to start the fuel cell system. on the other hand,
a controller programmed to change the startup conditions of the fuel cell system to hasten the start of discharge of the battery to the auxiliary equipment when the battery is below a predetermined temperature;
wherein the controller is further programmed to warm up the solid oxide fuel cell without power generation of the solid oxide fuel cell;
Power system controller.
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